Nukleotidpyrophosphatase

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Einleitung

Nukleotid-Pyrophosphatase ist ein Enzym, das die Spaltung der Nukleotid-Pyrophosphatbindung von NAD+, NADP+, FAD, ATP, ADP, Thiamindiphosphat usw. katalysiert. Auf anorganisches Pyrophosphat und Phosphat-Monoester hat es keine Wirkung. Es ist in lebenden Organismen weit verbreitet.

Abbildung 1. Nettoreaktionsschema für Nukleotid-Pyrophosphatase/Phosphodiesterase.

Struktur und Funktion der Nukleotid-Pyrophosphatase

Nukleotid-Pyrophosphatasen setzen Nukleosid-5'-Monophosphate aus Nukleotiden und deren Derivaten frei. Sie kommen sowohl als Membranproteine mit extrazellulären aktiven Zentren als auch als lösliche Proteine in Körperflüssigkeiten vor. Die einzigen vollständig charakterisierten NPPs sind die Säuger-Extrazellulärenzyme NPP1 (PC-1), NPP2 (autokriner Motilitätsfaktor) und NPP3 (B10; gp130(RB13-6)). Dabei handelt es sich um modulare Proteine, bestehend aus einer kurzen N-terminalen intrazellulären Strukturdomäne, einer transmembranen Strukturdomäne, zwei Growth-Regulator-B-ähnlichen Strukturdomänen, einer katalytischen Strukturdomäne sowie einer C-terminalen nukleaseähnlichen Strukturdomäne. Die katalytische Strukturdomäne der NPP ist von Prokaryoten bis zu Säugern konserviert und weist ausgeprägte strukturelle und katalytische Ähnlichkeiten zu anderen Phosphat-/Sulfonyl-Ligasen auf, beispielsweise zu alkalischen Phosphatasen.

Nukleotid-Pyrophosphatase-Familie

Die NPP-Familie umfasst sieben strukturell verwandte Isoenzyme (NPP1–7), die entsprechend der Reihenfolge ihrer Entdeckung nummeriert sind. Von vier Mitgliedern dieser Familie ist bekannt, dass sie Nukleotide hydrolysieren: NPP1 (PC-1), NPP2 (autokriner Motilitätsfaktor), NPP3 (CD203c) und NPP4. Sie können eine Vielzahl von Nukleotiden hydrolysieren, darunter Nukleosidtriphosphate, Dinukleosid-Polyphosphate, zyklische (Di-)Nukleotide sowie Nukleotidzucker, wobei als Produkte Monophosphat-Nukleoside (z. B. AMP und GMP) freigesetzt werden. Darüber hinaus wurde vorgeschlagen, dass NPP1 ATP auch zu ADP und anorganischem Monophosphat (P i ) hydrolysieren kann. Im Gegensatz zu NPP1, 3 und 4 weist NPP2 nur eine geringe nukleotidmetabolische Aktivität auf und hydrolysiert – wie einige andere Mitglieder der NPP-Familie, nämlich NPP6 und NPP7 (alkalische Sphingomyelinasen) – bevorzugt Phosphodiesterbindungen von Phospholipiden; daher können diese Isoformen eher als Phospholipasen denn als Nukleotidasen charakterisiert werden.

Struktur und Funktion von NPP1

NPP1 ist ein homodimeres Typ-II-Transmembran-Glykoprotein, das durch eine N-terminale Transmembran-Strukturdomäne, zwei Growth-Regulator-B-ähnliche Strukturdomänen, eine katalytische Strukturdomäne sowie eine C-terminale nukleaseähnliche Strukturdomäne gekennzeichnet ist. NPP1 enthält zwei Somatomedin-B-(SMB)-ähnliche Strukturdomänen, SMB1 und SMB2. Somatomedin-B ist ein Serumpeptid, das durch Proteinhydrolyse aus Bilirubin gewonnen wird, einem Serum- und Extrazellulärmatrixprotein, das an der Zelladhäsion beteiligt ist.

Abbildung 2. Struktur des NPP1-Dimers, modifiziert nach Stefan et al.

Potenzielle therapeutische Anwendungen von NPP-Inhibitoren

• Knochenmineralisierung und Weichteilverkalkung

Altersbedingte Anstiege der NPP1-Expression in Chondrozyten führen zu einer Überproduktion von Diphosphat (PP i ). Aufgrund der begrenzten enzymatischen Aktivität von TNAP kann überschüssig gebildetes Diphosphat mit extrazellulärem Calcium reagieren, was zur Bildung von praktisch unlöslichem Calciumdiphosphat führt.

• Typ-2-Diabetes

Die Rolle von NPP in der Signaltransduktion des Insulinrezeptors wurde beschrieben. Eine erhöhte NPP1-Expression wurde in dermalen Fibroblasten-Kulturen von Patienten mit nicht insulinabhängigem Diabetes mellitus Typ 2 festgestellt.

Abbildung 3. Bindung von NPP1 an den Insulinrezeptor, modifiziert nach Abate et al.